【正文】 徐州師范大學(xué)物電學(xué)院 課程設(shè)計報告 課 程 名 稱： 單片機課程設(shè)計 題 目： 基于 GSM 的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 專 業(yè) 班 級： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號： 日 期： 2020 年 6 月 指 導(dǎo) 教 師 ： xxx 教務(wù)部印制 說明： 報告中的第一、二、三項由學(xué)生在課程設(shè)計開始前填寫，由指導(dǎo)教師指導(dǎo)并確認(rèn)簽字。 學(xué)生成績由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計情況給出各項分值及總評成績，并填寫成績評定表。 所有學(xué)生必須參加課程設(shè)計的答辯環(huán)節(jié)，凡不參加答辯者，其成績一律按不及格處理。答辯小組成員應(yīng)由 2 人及以上教師組成。答辯后學(xué)生根據(jù)答辯情況填寫答辯記錄表。 報告正文字?jǐn)?shù)一般應(yīng)不少于 3000 字，也可由指導(dǎo)教師根據(jù)本門課程設(shè)計的情況另行規(guī) 定。 平時表現(xiàn)成績低于 6 分的學(xué)生，取消答辯資格，其該課程設(shè)計成績按不及格處理。 課程設(shè)計完成后，由指導(dǎo)教師根據(jù)完成情況寫出總結(jié)。 此表格式為徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院提供的基本格式，指導(dǎo)教師可根據(jù)本門課程設(shè)計的特點及內(nèi)容做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 一、課程設(shè)計目的、任務(wù)和內(nèi)容要求： 隨著經(jīng)濟的快速增長，快節(jié)奏的生活狀態(tài)使得人們越來越注重生活的質(zhì)量和品位。如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)今世界的一個熱點問題。目前，國內(nèi)外各種類型的智能家居產(chǎn)品越來越多，其中大部 分是基于電話網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)。但在我國，家庭電話用戶正逐步減少，且電話線路易被破壞，故此類產(chǎn)品有一定局限性。隨著電信 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣闊化、無縫化、以及手機的日益普及為基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)提供了巨大的應(yīng)用空間 [1]。 本文所介紹的基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)采用 GSM 模塊進(jìn)行短信息收發(fā)，以單片機為控制核心，進(jìn)行信息反饋和遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程報警、遠(yuǎn)程遙控等功能。 具體設(shè)計任務(wù)如下： 1．熟悉 GSM 的工作原理； 2．寫出智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方案； 3．用硬件加以實現(xiàn)； 4． 寫課程設(shè)計報告。 二、進(jìn)度安排： 第１ ~3 天： 查找資料，熟悉 的設(shè)計原理，給出設(shè)計總體方案； 第 4~6 天： 各模塊的詳細(xì)設(shè)計； 第 7~12 天： 硬件連線，調(diào)試； 第 13~14 天：寫課程設(shè)計報告。 三、主要參考文獻(xiàn)： [1] 楊利平﹒基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程智能家居系統(tǒng) [J]﹒儀器儀表學(xué)報， 2020 ,25 (4):309311. [2] 劉松 ,趙忠 ,孫學(xué)磊 .基于 GSM 的遠(yuǎn)程家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J].電 子測量技術(shù) ,2020,32(1):8991. [3 ] 張俊 . SMS 短消息傳輸?shù)倪h(yuǎn)端控制技術(shù)及其實現(xiàn) [J ] .儀器儀表學(xué)報 ,2020 ,24 (4) :610611. 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 I 目 錄 摘 要 …………………………………………………………………………………… … II Abstract ………………………………………………………………………………… ... II 1 引言 …………………… .…… ..……………………………………………………… ... 1 2 系統(tǒng)工作原理及主要功能 ……………………………………… ..…………… ..…… .1 系統(tǒng)工作原理 ………………………………………… ..………………………… ..… 2 3 主要功能模塊 ………………………………………………………… ..……………… ..3 單片機控制模塊 ……………………………………… ..………………………… ...… 4 GSM 模塊 ……………………………………………… ..………………………… ....… 5 傳感器模塊 …………………………………………… ..………………………… ...… 6 液晶顯示模塊 ………………………………………… ..………………………… ...… 7 4 硬件接口電路設(shè)計 ………………………………………… ..…… .…………… .....… 7 單片機與 GSM模塊的連接 ……………………… .……………………………… ..… .… 7 電器控制電路 …………………………………………… ..………………………… .....7 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 … ..……………………………………………..…………………………. .....8 AT 模式選擇及 AT 指令 ………………………………… ..………………………… .… .8 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 ……………………………………… ..………………………… .… ....8 6 結(jié)論 … ..…………………………… .…………………………..………………………….… 9 參考文獻(xiàn) …… .……………… ..………………………… ……..………………………….… .9 附錄 1 主要程序代碼 …… ...………………………………..………………………….… 10 附錄 2 TC35 模塊電路 …… ..………………………………..………………………….… 27 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 II 摘 要 摘要：介紹了一種基于 GSM網(wǎng)絡(luò)的智能家居控制系統(tǒng)的工作原理及主要功能。采用 STC單片機為系統(tǒng)控制核心，對家庭中可能出現(xiàn)的意外情況用各種傳感器進(jìn)行采集，利用GSM 模塊的短信收發(fā)功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)程安防及家電控制。實踐證明本系統(tǒng)性能可靠，成本低，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代住 宅中。 關(guān)鍵詞（小 4 號 黑體 頂格）： 智能家居； GSM 模塊；傳感器；遠(yuǎn)程控制 Abstract Abstract： Describes a work based on GSMof Smart Home Control system works and the major the STC microcontroller for system control by the core, with the family situation that may arise unexpectedly collected by various sensors, make use of the send and receive SMS function of the GSM module, remote security and appliance control. Practice has proved that the systemis reliable, low cost, can be widely used inmodern houses. Keywords： smart home。 GSMmodule。 sensor。 remote control 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 1 1 引言 隨著經(jīng)濟的快速增長，快節(jié)奏的生活狀態(tài)使得人們越來越注重生活的質(zhì)量和品位。如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)今世界的一個熱點問題。目前，國內(nèi)外各種類型的智能家居產(chǎn)品越來越多，其中大部分是基于電話網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)。但在我國，家庭電話用戶正逐步減少，且電話線路易被破壞，故此類產(chǎn)品有一定局限性。隨著電信 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣闊化、無縫化、以及手機的日益普及為基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)提供了巨大的 應(yīng)用空間 [1]。 本文所介紹的基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)采用 GSM 模塊進(jìn)行短信息收發(fā)，以單片機為控制核心，進(jìn)行信息反饋和遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程報警、遠(yuǎn)程遙控等功能。 2 系統(tǒng)工作原理及主要功能 系統(tǒng)工作原理 圖 1 為智能家居系統(tǒng)的工作原理圖 [2]。系統(tǒng)在正常工作時處于低功耗監(jiān)控狀態(tài)，一旦發(fā)生警情即各類傳感器檢測到異常信號 (如盜竊、火警、煤氣等 )時，單片機通過從不同引腳接收到的信號同預(yù)先存儲在 ROM 中的信息進(jìn)行對比，判斷出異常情況的類型，然后將報警信號由串口傳送給 GSM 模塊，最后將報警短信發(fā) 送給用戶，幾秒鐘后，用戶的手機上就可以接收到報警短信，提醒用戶采取措施。另外用戶可通過發(fā)送短信，由GSM 模塊接收，經(jīng)單片機解碼后，驅(qū)動系統(tǒng)中的電器控制電路去控制相應(yīng)的家電，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電器工作的目的 [3]。 系統(tǒng)的主要功能： (1)自動報警功能：當(dāng)用戶住宅出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會自動發(fā)送報警短信給預(yù)先設(shè)定手機號碼的用戶，直至用戶回復(fù)為止。 (2)家電控制功能：接收用戶發(fā)送來的控制命令，實現(xiàn)短信的譯碼功能，并由單片機根據(jù)相應(yīng)的譯碼來實現(xiàn)不同家電工作及停止功能。 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 2 圖 1 系統(tǒng)設(shè)計原理圖 3 主要功能模塊 單片機控制模塊 系統(tǒng)的控制器選用 STC89C52RD+單片機， 8 位 STC89C52RD+單片機是 STC 公司生產(chǎn)的一款 51 單片機，具有運行穩(wěn)定、價格便宜等特點。其支持的最高時鐘為 40MHz，內(nèi)部包括 8 kB 的 Flash 程序存儲器 ROM 、 256B 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，具有 ISP 在線編程功能，大大減少了開發(fā)復(fù)雜度，同時可節(jié)省購買編程器的額外投入。圖 2 為單片機控制模塊電路圖。 單 片 機 控 制 中 心 紅外傳感器 煙霧傳感器 煤氣傳感器 家電控制電路 家 電 GSM 模塊 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 3 圖 2 單片機控制模塊 GSM 模塊 本系統(tǒng)設(shè)計使用的 GSM 模塊是 Siemens 公司的 TC35I。 TC35I 是 Siemens 公司推出的新一代無線通訊模塊，可以快速安全地實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音的傳輸、短信息服務(wù)（ SMS）和傳真等功能，可以工作在 GSM 900 kHz 和 1 800 kHz 兩個頻段， RS232 數(shù)據(jù)口符合ETSI 標(biāo)準(zhǔn) GSM0707 和 GSM0705。通過獨特的 40 引腳的 ZIF 連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸；通過 ZIF 連接器及 50Ω 天線連接器，可分別連接 SIM 卡支架和天線。該模塊向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳 真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。 TC35I 模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF 連接器、天線接口六個部分組成 [4]。 TC35I 構(gòu)成框圖如圖 3 所示。 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告 4 圖 3 TC35I 構(gòu)成框圖 傳感器模塊 本系統(tǒng)傳感器模塊由一組功能不同的傳感器構(gòu)成，用于各種異常情況監(jiān)測。 防盜竊使用紅外線反射型傳感器，將紅外線反射型傳感器安裝在通道的位置或門窗的兩側(cè)，當(dāng)有人進(jìn)入時紅外線反射型 傳感器就會檢測出來，檢測信號通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成低電平，然后送去給單片機，單片機對應(yīng)引腳檢測到送來低電平后就會啟動防盜報警系統(tǒng)工作。 防火使用離子式煙霧傳感（ SS668），通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范。煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，當(dāng)一定量煙霧進(jìn)入煙霧傳感器的反應(yīng)腔，引起電路電平變化。離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，為火災(zāi)預(yù)防和早期發(fā)現(xiàn)提供幫助。 燃?xì)鈧鞲衅魇褂媒饘傺趸锇雽?dǎo)體傳感器（或稱 MOS）。 MOS 也可以用來檢測毒性水平。它由一個金屬氧化物半導(dǎo)體的傳感器件（如氧化物 SnO2）構(gòu)成。在新鮮空氣條件下，它的電導(dǎo)較小，而一旦接觸還原性氣體或者易燃易爆氣體，電導(dǎo)會增加引發(fā)檢測電路電平跳變從而啟動報警系統(tǒng)工作。 注 ：由于時間所限，本系統(tǒng)中，除紅外報警電路外，煙霧傳感器報警電路和煤氣傳感器報警電路均采用按鍵模擬的方法實現(xiàn)。紅外報警